package datastructure.map;

import java.util.Comparator;
import java.util.LinkedList;
import java.util.Objects;
import java.util.Queue;

/**
 * @Description:
 * @Author Ammar
 * @Create 2023/4/20 04:24
 */
public class TreeMap<K, V> implements Map<K, V> {
    public static final boolean RED = false;
    public static final boolean BLACK = true;
    private int size;
    private Node<K, V> root;
    private Comparator<K> comparator;

    public TreeMap() {
        this(null);
    }

    public TreeMap(Comparator<K> comparator) {
        this.comparator = comparator;
    }

    @Override
    public int size() {
        return size;
    }

    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    @Override
    public void clear() {
        root = null;
        size = 0;
    }

    /**
     * @param key
     * @param value
     * @return 如果值被覆盖，返回原来的值
     */
    @Override
    public V put(K key, V value) {
        elementNotNullCheck(key);
        // 添加第一个节点
        if (root == null) {
            root = createNode(key, value, null);
            size++;
            afterPut(root);
            return null;
        }

        // 添加的不是第一个节点
        Node<K, V> node = root;
        Node<K, V> parent = root;
        int compare = 0;
        while (node != null) {
            compare = compareTo(key, node.key);
            parent = node;
            // 如果添加元素大于比较元素，放右边，否则放左边
            if (compare > 0) {
                node = node.right;
            } else if (compare < 0) {
                node = node.left;
            } else {
                node.key = key;
                V oldValue = node.value;
                node.value = value;
                return oldValue;
            }
        }
        // 保存到父节点的左边还是右边
        Node<K, V> newNode = createNode(key, value, parent);
        if (compare > 0) {
            parent.right = newNode;
        } else {
            parent.left = newNode;
        }
        size++;
        // 新添加节点之后的处理
        afterPut(newNode);
        return null;
    }

    @Override
    public V get(K key) {
        Node<K, V> node = node(key);
        return node != null ? node.value : null;
    }

    @Override
    public boolean containsKey(K key) {
        return node(key) != null;
    }

    @Override
    public V remove(K key) {
        return remove(node(key));
    }

    private V remove(Node<K, V> node) {
        if (node == null) return null;
        size--;
        V oldValue = node.value;
        // 度为2的节点
        if (node.hasTwoChildren()) {
            // 找到后继节点
            Node<K, V> s = successor(node);
            // 用后继节点的值覆盖度为2的节点的值
            node.key = s.key;
            node.value = s.value;
            // 删除后继节点，
            node = s;
        }
        // 删除node节点(node的度必然是1或者0)
        Node<K, V> replacement = node.left != null ? node.left : node.right;
        if (replacement != null) {
            // node是度为1的节点
            // 将要接替node节点的节点replacement的parent指向node的parent
            // 此时，如果再将 node.parent的left或者right指向replacement，就完成了删除node节点的操作
            replacement.parent = node.parent;
            // 更改parent的left、right的指向
            if (node.parent == null) {
                // node是度为1的节点并且是根节点
                root = replacement;
            } else if (node == node.parent.left) {
                node.parent.left = replacement;
            } else {
                node.parent.right = replacement;
            }
            // 删除节点之后的调整
            afterRemove(node, replacement);
        }
        // replacement == null 且 node.parent == null，说明node是叶子节点并且是根节点
        else if (node.parent == null) {
            root = null;
            // 删除节点之后的调整
            afterRemove(node, null);
        } else {
            // node是叶子节点，但不是根节点
            if (node == node.parent.left) {
                node.parent.left = null;
            } else {
                node.parent.right = null;
            }
            // 删除节点之后的调整
            afterRemove(node, null);
        }

        return oldValue;
    }

    @Override
    public boolean containsValue(V value) {
        if (root == null) return false;
        Queue<Node<K, V>> queue = new LinkedList<>();
        queue.offer(root);
        while (!queue.isEmpty()) {
            Node<K, V> node = queue.poll();
            if (valEquals(value, node.value)) return true;
            if (node.left != null) {
                queue.offer(node.left);
            }
            if (node.right != null) {
                queue.offer(node.right);
            }
        }
        return false;
    }

    @Override
    public void traversal(Visitor<K, V> visitor) {
        if (visitor == null) return;
        traversal(root, visitor);
    }

    private void traversal(Node<K, V> node, Visitor<K, V> visitor) {
        if (node == null || visitor.stop) return;
        traversal(node.left, visitor);
        if (visitor.stop) return;
        visitor.visit(node.key, node.value);
        traversal(node.right, visitor);
    }

    private Node<K, V> node(K key) {
        Node<K, V> node = root;
        while (node != null) {
            int compare = compareTo(key, node.key);
            if (compare == 0) return node;
            if (compare > 0) {
                node = node.right;
            } else {
                node = node.left;
            }
        }
        return null;
    }

    private boolean valEquals(V v1, V v2) {
        return Objects.equals(v1, v2);
    }

    private int compareTo(K k1, K k2) {
        if (comparator != null) {
            return comparator.compare(k1, k2);
        }
        return ((Comparable<K>) k1).compareTo(k2);
    }

    protected void afterPut(Node<K, V> node) {
        Node<K, V> parent = node.parent;

        // 添加的是根节点
        if (parent == null) {
            black(node);
            return;
        }
        // 如果父节点是黑色，直接返回
        if (isBlack(parent)) return;

        // uncle节点
        Node<K, V> uncle = parent.sibling();
        Node<K, V> grand = red(parent.parent);

        // 如果uncle节点是红色，上溢
        // 不管是哪种情况，都要将 grand 节点染成红色，parent 和 uncle 节点染成黑色
        if (isRed(uncle)) {
            black(parent);
            black(uncle);
            // 把祖父节点当做是新添加的节点
//            Node<K, V> red = red(parent.parent);
            afterPut(grand);
            return;
        }
        if (parent.isLeftChild()) { // L
            // red(grand);
            if (node.isLeftChild()) { // LL
                black(parent);
            } else { // LR
                black(node);
                rotateLeft(parent);
            }
            rotateRight(grand);
        } else { // R
            // red(grand);
            if (node.isLeftChild()) { // RL
                black(node);
                rotateRight(parent);
                rotateLeft(grand);
            } else { // RR
                black(parent);
                rotateLeft(grand);
            }
        }
    }

    protected void afterRemove(Node<K, V> node, Node<K, V> replacement) {
        // 如果要删除的节点是红色，什么也不做
        if (isRed(node)) return;

        // 如果删除的是黑色且度为1的节点，用子节点替代，子节点必然是红色，将其染色黑色即可
        if (isRed(replacement)) {
            black(replacement);
            return;
        }

        Node<K, V> parent = node.parent;
        // 此时，红黑树只有一个根节点，
        // 如果还有其他节点，删除根节点时，实际上删除的是前驱或者后继节点
        if (parent == null) return;

        // 1.程序来到这里，说明删除的是度为0的节点
        // 2.按照4阶B树的性质，会产生下溢
        // 3.如果兄弟节点有 RED 子节点，则借过来，所以要获取兄弟节点，
        // 4.二叉树删除叶子节点后，parent.left/right 已经指向null了，但是node.parent还未清除
        //   根据红黑树的性质，黑色叶子节点必然有BLACK兄弟节点，否则不满足性质5
        //   因此，在节点删除后，判断 parent.left/right 哪边为空，就可以知道删除的节点在 parent 的哪边了
        //   有一种特殊情况，就是在度为0的BLACK节点被删除后，parent下溢，
        //   然而，parent没有RED的子节点，parent下溢以后导致grand下溢，又会调用 afterRemove，
        //   此时parent.left/right都不为空，因为grand只是下溢没有被删除，
        //   这时需要判断grand是grand.parent的left or right，此时才能找到grand的sibling
        boolean left = parent.left == null || node.isLeftChild();
        Node<K, V> sibling = left ? parent.right : parent.left;

        // node在parent左边
        if (left) {
            if (isRed(sibling)) {
                black(sibling);
                red(parent);
                rotateLeft(parent);
                sibling = parent.right;
            }
            if (isBlack(sibling.left) && isBlack(sibling.right)) {
                boolean parentBlack = isBlack(parent);
                black(parent);
                red(sibling);
                if (parentBlack) {
                    afterRemove(parent, null);
                }
            } else {
                if (isBlack(sibling.right)) {
                    rotateRight(sibling);
                    sibling = parent.right;
                }
                color(sibling, colorOf(parent));
                black(sibling.right);
                black(parent);
                rotateLeft(parent);
            }
        }
        // node在parent右边
        else {
            if (isRed(sibling)) {
                black(sibling);
                red(parent);
                rotateRight(parent);
                // 更换 sibling
                sibling = parent.left;
            }
            // sibling 左右子节点全是黑色
            if (isBlack(sibling.left) && isBlack(sibling.right)) {
                // parent 是否有 RED true 表示没有 RED
                boolean parentBlack = isBlack(parent);
                black(parent);
                red(sibling);
                if (parentBlack) {
                    afterRemove(parent, null);
                }
            }
            // sibling 至少有一个红色子节点，将子节点借过来，需要旋转
            // 一共三种情况，一 sibling.right = RED LR
            // 二 sibling.left = RED LL
            // 三 sibling.left and sibling.right = RED LL
            else {
                // LR情况
                if (isBlack(sibling.left)) {
                    rotateLeft(sibling);
                    sibling = parent.left;
                }

                // 由于旋转之后再获取对应的节点会有问题，因此先染色，再旋转
                color(sibling, colorOf(parent));
                black(sibling.left);
                black(parent);
                rotateRight(parent);
            }
        }
    }

    protected void rotateLeft(Node<K, V> grand) {
        Node<K, V> parent = grand.right;
        Node<K, V> leftChild = parent.left;
        // 左旋转
        grand.right = leftChild;
        parent.left = grand;
        // 更新 parent 的 parent
        afterRotate(grand, parent, leftChild);
    }

    protected void rotateRight(Node<K, V> grand) {
        Node<K, V> parent = grand.left;
        Node<K, V> rightChild = parent.right;
        // 右旋转
        grand.left = rightChild;
        parent.right = grand;
        afterRotate(grand, parent, rightChild);
    }

    protected void afterRotate(Node<K, V> grand, Node<K, V> parent, Node<K, V> child) {
        // 让 parent 成为子树的根节点
        parent.parent = grand.parent;
        if (grand.isLeftChild()) {
            grand.parent.left = parent;
        } else if (grand.isRightChild()) {
            grand.parent.right = parent;
        } else {
            root = parent;
        }

        // 更新 child 的 parent
        if (child != null) {
            child.parent = grand;
        }

        // 更新 grand 的 parent
        grand.parent = parent;
    }

    public Node<K, V> successor(Node<K, V> node) {
        if (node == null) return null;
        Node<K, V> p = node.right;
        if (p != null) {
            while (p.left != null) {
                p = p.left;
            }
            return p;
        }

        while (node.parent != null && node == node.parent.right) {
            node = node.parent;
        }
        return node.parent;
    }

    // 给节点染色
    private Node<K, V> color(Node<K, V> node, boolean color) {
        if (node == null) return node;
        ((Node<K, V>) node).color = color;
        return node;
    }

    // 将节点染成红色
    private Node<K, V> red(Node<K, V> node) {
        return color(node, RED);
    }

    // 将节点染成黑色
    private Node<K, V> black(Node<K, V> node) {
        return color(node, BLACK);
    }

    // 返回节点的颜色
    private boolean colorOf(Node<K, V> node) {
        return node == null ? BLACK : ((Node<K, V>) node).color;
    }

    // 判断节点是否为黑色
    private boolean isBlack(Node<K, V> node) {
        return colorOf(node) == BLACK;
    }

    // 判断节点是否为红色
    private boolean isRed(Node<K, V> node) {
        return colorOf(node) == RED;
    }

    protected Node<K, V> createNode(K key, V val, Node<K, V> parent) {
        return new Node<>(key, val, parent);
    }

    private void elementNotNullCheck(K key) {
        if (key == null) {
            throw new IllegalArgumentException("key must not be null");
        }
    }

    private static class Node<K, V> {
        K key;
        V value;
        Node<K, V> left;
        Node<K, V> right;
        Node<K, V> parent;
        boolean color = RED;

        public Node(K key, V value, Node<K, V> parent) {
            this.key = key;
            this.value = value;
            this.parent = parent;
        }

        public boolean isLeaf() {
            return left == null && right == null;
        }

        public boolean hasTwoChildren() {
            return left != null && right != null;
        }

        public boolean isLeftChild() {
            return parent != null && this == parent.left;
        }

        public boolean isRightChild() {
            return parent != null && this == parent.right;
        }

        public Node<K, V> sibling() {
            if (isLeftChild()) {
                return parent.right;
            }
            if (isRightChild()) {
                return parent.left;
            }
            return null;
        }
    }
}
